CN102604245A - 高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料及其制造方法，由氯化聚乙烯、2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）及七孔中腔涤纶纤维经混炼、热压成型制得。本发明解决了高分子聚合物有机杂化阻尼材料的“老化”现象，有效提高了阻尼特性的使用寿命；有机小分子在纤维表面形成的包覆式结晶，与结晶纤维构成共同体，纤维中的中孔提供了声能向热能转化的渠道，结晶纤维共同体提供了热能耗散通道，使材料在纤维含量较小时就能具有较好的吸声性能；由于材料具有较好的力学性能，因而可作为结构材料或与其它结构材料一起使用。

Description

高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料及其制造方法

技术领域

本发明属于工程用材料领域，它涉及了一种高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料的制造方法，更具体地说，涉及减振、吸声降噪工程用材料的开发。

背景技术

高聚物阻尼材料的研究主要集中于阻尼减振领域，目前向高分子聚合物添加有机小分子形成杂化体系的改性方法被认为是开发高性能阻尼材料的最有效的新方法，但这种方法杂化态的形成是极性高分子聚合物与有机小分子由于分子间的氢键与“淬火”共同作用所致。在环境温度下使用，这种杂化效果在短时间内就会因有机小分子的结晶析出而失去原有的高阻尼特性（这种现象被称为“老化”）；而高分子吸声材料一般都是通过材料中具有贯穿的微孔形式，利用微孔内空气的粘滞作用而有效吸声，所以减振材料和吸声材料历来是作为两类不同功能材料加以开发利用。这主要是由于材料内部如存在贯穿的微孔，势必造成材料力学性能的下降，从而影响材料在工程领域的实际使用价值。

在工程应用中，人们总希望既具有阻尼减振作用又具有有效吸声降噪的多功能复合材料，以大大降低工作场所、居住处的振动和噪音污染。为了解决有机杂化方法高性能阻尼减振材料阻尼性能的衰减性和吸声材料的力学性能下降的缺陷，必须解决有机小分子结晶析出的问题，探讨减振材料和吸声材料的工作机理，找到其共通点，研制一种高性能吸声兼具阻尼减振功能的复合材料。

发明内容

本发明的目的在于提供一种性能好的高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料及其制造方法。

本发明的技术解决方案是：

一种高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料，其特征是：由氯化聚乙烯、2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）及七孔中腔涤纶纤维经混炼、热压成型制得，且氯化聚乙烯、2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）及七孔中腔涤纶的质量百分比为：

氯化聚乙烯                        44～53%

2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚） 36～42%

七孔中腔涤纶纤维                   5～20%。

一种高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料的制造方法，其特征是：包括下列步骤：

（一）混炼：

1)将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到50～65℃并保持稳定；

2)在辊筒间加入质量百分比为44～53%的氯化聚乙烯，通过辊筒表面温度和辊筒的压力作用，借助于切刀作辅助性混合使氯化聚乙烯粉末呈现均匀的粘流态薄膜；

3)在辊筒间加入质量百分比为36～42%的有机小分子2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）粉末，利用两辊筒表面转速差的特性，使2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）粉末分散开来，并利用切刀作人工辅助性混合，以加速AO 2246在CPE中混合均匀；

4)在辊筒间加入质量百分比为5～20%的七孔中腔涤纶纤维，同样用切刀辅助混合，使各组分混合均匀；

5)总的混炼时间为30～50分钟，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，在室温下冷却，以备热压成形之用；

（二）热压成形：

1)将混炼料均匀地铺在模子内腔中，模子上下都用钢板夹住，且在钢板和模子之间设置一层高温防粘膜；

2)将钢板移入平板硫化机，卸载条件下以140～160℃预热5～20分钟，使混炼碎料充分熔融；

3)再用10～18MPa的压力加压成形15～25分钟；

4)取下钢板，连同混炼料用水冷却，脱模，即得高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料。

本发明的优点如下：

1.本发明解决了高分子聚合物有机杂化阻尼材料的“老化”现象，有效提高了阻尼特性的使用寿命；

2.有机小分子在纤维表面形成的包覆式结晶，与结晶纤维构成共同体，纤维中的中孔提供了声能向热能转化的渠道，结晶纤维共同体提供了热能耗散通道，使材料在纤维含量较小时就能具有较好的吸声性能；

3.由于材料具有较好的力学性能，因而可作为结构材料或与其它结构材料一起使用。

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是材料的吸声系数随频率变化的曲线示意图。

图2是材料的储能模量随温度变化的曲线示意图。

图3是损耗模量下的面积LA示意图。

图4是复合材料不同配比与LA的关系曲线示意图。

图5是CPE/SHPF与CPE/AO 2246/SHPF的应力-应变曲线示意图。

具体实施方式

通过下述实施例将有助于理解本发明，但并不限制本发明的内容。

基体材料的选择主要考虑选用具有良好粘弹性能的高聚物，充分利用其良好的粘弹性以提供复合材料的阻尼减振性能，同时考虑所选材料的成本及户外应用时的使用寿命（化学稳定性和阻燃性能），以提高复合材料的工程应用前景。基于以上考虑，基体材料选用氯化聚乙烯(CPE)；有机小分子选用2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚） (AO 2246)；填充材料选用能携带空气又能最终改善复合材料力学性能的七孔中腔涤纶纤维（SHPF）。

根据本发明制备的方法，按下列组分重量百分比制作了一些样品（为便于制备新型吸声、兼具阻尼减振复合材料操作，括号内注明了质量克数），并对其进行动态机械性能测试(DMA)、阻波管测试材料的吸声性能来观察其减振、吸声效果；测试材料机械力学性能，以考察材料的作为工程应用的前景。

实施例1：

高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料各组分质量百分比采用CPE:AO 2246:SHPF=52.86:42.38:4.76，高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料的制备步骤如下：

第一步混炼：

1)将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到55℃并保持基本稳定；

2)在辊筒间加入质量百分比为52.86%的氯化聚乙烯，通过辊筒表面温度和辊筒的压力作用，借助于切刀作辅助性混合使氯化聚乙烯粉末呈现均匀的粘流态薄膜；

3)在辊筒间加入质量百分比为42.38%的有机小分子AO2246粉末，充分利用两辊筒表面转速差的特性，使AO 2246粉末在CPE中分散开来，并利用切刀作人工辅助性混合，以加速AO 2246在CPE中混合均匀；

4)在辊筒间加入质量百分比为4.76%的SHPF，同样用切刀辅助混合，使各组分混合均匀；

5)总的混炼时间为40分钟，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，在室温下冷却，以备热压成形之用；

第二步热压成形：

1)将混炼料均匀地铺在模子内腔中，模子上下都用钢板夹住，且在钢板和模子之间用一层高温防粘膜；

2)将钢板移入平板硫化机，卸载条件下以140℃预热10分钟，使混炼碎料充分熔融；

3)再在140℃条件下，用15MPa的压力加压硫化成形20分钟；

4)取下钢板，连同混料用水冷却，脱模，即得厚度为0.7㎜的高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料。

实施例2：

高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料各组分质量百分比采用CPE:AO 2246:SHPF=48.26:38.70:13.04，高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料的制备的步骤与实施例1相同，其工艺与实施例1不相同之处在于原料通过在双辊筒练塑机上均匀混合时温度为60℃，时间为35分钟。并在平板硫化机下热压成样品，温度为150℃，预热时间为10分钟，热压时间也为10分钟，硫化成形压力15Mpa、时间为15分钟。最后取出材料在冰水冷却中。从而制得厚度为0.7㎜的高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料。

实施例3：

高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料各组分质量百分比采用CPE:AO 2246:SHPF=44.40:35.60：20.00，高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料的制备的步骤与实施例1相同，其工艺与实施例1不相同之处在于原料通过在双辊筒练塑机上均匀混合时温度为65℃，时间为50分钟。并在平板硫化机下热压成样品，温度为160℃，预热时间为15分钟，硫化热压成形时间为25分钟，硫化成形压力18Mpa、时间为30分钟，最后取出材料在冰水冷却中。从而制得厚度为0.7㎜的高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料。

实施例1～实施例3所制得高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料通过阻波管测试材料的声学性能,同厚度的CPE、CPE/SHPF（80/20）及实施例1-3材料的吸声系数评价见图1；动态机械性能测试(DMA)，材料的储能模量见图2；以损耗模量E″下面积（LA）来进行表征材料的阻尼性能。LA为图中阴影部分的面积见图3，材料的阻尼性能评价见图4以及材料的机械力学性能测试，以应力、应变为评价见图5。

从图1可知：基体CPE是非吸声材料，当纤维加入CPE/AO 2246中时，由于结晶-纤维网络结构的存在，从而使纤维含量为4.76%时，材料的吸声性能已与纤维含量为20%的CPE/SHPF复合材料的吸声性能相当，随纤维的持续增多，三元复合材料的吸声性能明显改善。

从图2可知：CPE/AO 2246/SHPF三元复合材料的储能模量随纤维含量的增多，而急剧增加，其提高的幅度远比CPE/SHPF复合材料增加量大，这是由于纤纤维诱导AO 2246结晶，使结晶包覆于纤维表面，从而使三元复合材料中的网络结构更趋完善。从而有效改善了材料的储能模量。如果损耗量不能同步增加，势必造成损耗因子的下降。为了有效表征材料的耗能特性，将以损耗模量下的面积LA来加以表征材料的阻尼特性。

从图4可知：CPE/AO 2246/SHPF复合材料的LA 随纤维含量的增加而增加，说明材料的阻尼性能得到了较大的改善。材料的耗能能力得到了提高。材料的阻尼性能增加也有利于材料吸声性能的提高。

从图5中可知：三元复合材料的力学性能随纤维的加入，应力提高很快，应变急剧下降，说明纤维材料的加入，使复合材料的强韧性得到了较大的改善。相同纤维含量的CPE/AO 2246/SHPF和CPE/SHPF复合材料相比，三元复合材料的强韧性更好，这可能是由于三元复合材料的网络结构更趋完善的作用所致。

Claims (2)

1. 一种高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料，其特征是：由氯化聚乙烯、2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）及七孔中腔涤纶纤维经混炼、热压成型制得，且氯化聚乙烯、2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）及七孔中腔涤纶的质量百分比为：

氯化聚乙烯                        44～53%

2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚） 36～42%

七孔中腔涤纶纤维                   5～20%。

2. 一种权利要求1所述的高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料的制造方法，其特征是：包括下列步骤：

（一）混炼：

1)将双辊筒炼塑机上的辊筒温度升到50～65℃并保持稳定；

2)在辊筒间加入质量百分比为44～53%的氯化聚乙烯，通过辊筒表面温度和辊筒的压力作用，借助于切刀作辅助性混合使氯化聚乙烯粉末呈现均匀的粘流态薄膜；

3)在辊筒间加入质量百分比为36～42%的有机小分子2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）粉末，利用两辊筒表面转速差的特性，使2,2亚甲基-双（4-甲基-6-叔丁基苯酚）粉末分散开来，并利用切刀作人工辅助性混合，以加速AO 2246在CPE中混合均匀；

4)在辊筒间加入质量百分比为5～20%的七孔中腔涤纶纤维，同样用切刀辅助混合，使各组分混合均匀；

5)总的混炼时间为30～50分钟，混炼均匀后，将混炼料从辊筒上剥下来，在室温下冷却，以备热压成形之用；

（二）热压成形：

1)将混炼料均匀地铺在模子内腔中，模子上下都用钢板夹住，且在钢板和模子之间设置一层高温防粘膜；

2)将钢板移入平板硫化机，卸载条件下以140～160℃预热5～20分钟，使混炼碎料充分熔融；

3)再用10～18MPa的压力加压成形15～25分钟；

4)取下钢板，连同混炼料用水冷却，脱模，即得高性能吸声兼具阻尼减振三元复合材料。

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